Steuerung und Fernüberwachung von Fluss-Strom

Themenblock 3 : Systemkomponenten
Steuerung und Fernüberwachung von
Fluss-Strom-Anwendungen
Prof. Dr. Klaus-Dietrich Kramer und Dr.-Ing. Knut Meißner
Fachforum Fluss-Strom Plus, Magdeburg, den 27.09.2016
Gliederung
Einführung und aktueller Stand
Technische Rahmenbedingungen der Fernwirktechnik
Aspekte der Fernwirktechnik
Erarbeitetes Gesamtkonzept
Lösungsbeispiele
Zusammenfassung
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Einführung
Erfahrungen im Bereich Fluss-Strom
Anteil am Gesamtvorhaben
Versuchsträger Vector
•
River Rider Tandem
Verbundprojekt 5, Teilprojekt 6
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Aktueller Stand
Thema:
„Entwicklung eines modularen, den speziellen Anforderungen an Preis, Verfügbarkeit und Modularität gerecht werdenden Fernsteuerungs-, Ferndiagnose- und Fernwartungssystems für Fluss-Strom-Wasserkraftanlagen
für die Einbindung dieser Anlagen in intelligente Energieanlagen/Energiemanagementsysteme mit automatischem Blindleistungskompensationsverhalten.“
Unsere Themen im Rahmen des Projektes und aktueller Stand der Arbeiten
 aus diesem Projekt und anderen Arbeiten abgeleitete Aufgabenstellungen
Gemäß Projektplan wurden die Einzelkomponenten und Funktionen entwickelt bzw. Fremdprodukten evaluiert und diese durchlaufen zurzeit die
Prüfstandstests.
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Aktueller Stand
Überwachungs- und Diagnosefunktionen
Visuelle Überwachung des
Betriebszustandes
Thermische
Überwachung
(Generator, Lager,
Vereisung)
Akustische Überwachung
der Lager und
Generatoren (Verschleiß)
Akustische
Kollisions- und
Mitschleppdetektion
Steuerungsfunktionen
Kommunikation mit
der Außenwelt,
Alarmierung
Überwachung der
Gesamtanlage
(Flottille)
Kommunikation mit der
Generatorsteuereinheit und der
Rückspeiseeinheit
Prozesssteuerung
und
Prozessdatenerfassung
Betriebs- und Lastmanagement
Einbindung in
Smart Grids und
Virtuelle Kraftwerke
Fernwirkeingriffe der
Energieversorgungsunternehmen (EVU)
Abschaltung/Leistungsreduzierung bei
Netzspitzen
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Prognosen für
Ertrag und Wartung
(saisonbedingt)
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Technische Rahmenbedingungen der Fernwirktechnik
Fernwirktechnik (IEC 61850)
Zentrale Automatisierung räumlich verteilter Prozesse
Wikipedia:
„Unter Fernwirken werden gewöhnlich steuerungstechnische, regelungstechnische
und sicherungstechnische Aufgaben verstanden, die "aus der Ferne", also über
ein Telekommunikationsnetz ausgeführt werden. Es werden spezielle Datenübertragungsprotokolle genutzt, um die Prozessdaten sicher über Weitbereichsnetze
geringer Bandbreite und Übertragungsqualität zu übertragen.“
Im einfachsten Fall handelt es sich um ein Rundsteuersignal zur Abschaltung der
Anlage im Fehlerfall (Netzüberlastung) bzw. Einspeisereduzierung.
 Keine explizite (bidirektionale) Kommunikation mit der Anlage.
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Aspekte der Fernwirktechnik für Fluss-Strom-Anwendungen
Einbindung in die
vorhandene
Infrastruktur der
Netzleittechnik der
EVU
Steuerung und
Diagnose der
dezentralen
Energieerzeugungseinheiten
Absicherung der
Anlagen gegen
Angriffe Dritter (von
innen und außen)
Fernwirktechnik
Kosten/NutzenAbschätzung
Erfassung,
Speicherung und
Visualisierung von
Prozesswerten
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Normen für die Fernwirktechnik
IEC 61850 - Übertragungsprotokoll für Schutz- und Leittechnik
in elektrischen Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannungstechnik.
Offenes Konzept für Kommunikation zwischen Leitstelle und Feld- und
Schutzgeräten, wird auch auf andere Anwendungsfälle adaptiert.
Protokoll basiert auf TCP/IP und der Manufacturing Message Specification
(MMS, standardisierter Austausch von Nachrichten im Produktionsbereich)
IEC 61850-7-410 (ehemals IEC 62344)
Wasserkraftwerke – Kommunikation für Überwachung und Steuerung
IEC 61850-7-420 (ehemals IEC 62350)
Kommunikationssystem für die dezentrale Energieerzeugung
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Implementierungen der Fernwirktechnik
Leittechnik
SPSen
Embedded System
Vorhandene
Implementierung
ja
ja
nein
Vorhandene
Hardware
ja
ja
ja
IEC 61131-3
IEC 61131-3
C++ / IEC 61131-3
mittel
gering
hoch
sehr hoch
hoch
gering
nein
ja
ja
Programmierung
Entwicklungsaufwand
Kostenfaktor 1)
Eignung für FlussStrom-Anwendungen
1) bezogen auf mindestens 100 Systeme/Jahr
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Erarbeitetes Gesamtkonzept
Ein SPS basiertes System pro Standort (Einspeisepunkt/Micro Grid) zur
Kommunikation über die Protokolle der Fernwirktechnik mit dem EVU.
Für die Unterstationen jeweils eine eigens für den Einsatz in den
Fluss-Strom-Anlagen entwickelte Lösung auf Basis eines echtzeitfähigen
und mittels IEC 61131-1 programmierbaren Embedded Systems.
Ethernet Backbone (WLAN/Powerline)
Vorteile bei der Unterstützung der genormten Standardprotokolle
 Verbesserung der Akzeptanz bei den Netzbetreiber
 schnellere Einbindung in die Infrastruktur der Netzbetreiber
 geringere Kosten und höhere Wirtschaftlichkeit der Anlagen
 internationale Verfügbarkeit
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Lösungsbeispiele
Überwachungs- und Diagnosefunktionen
Visuelle Überwachung des
Betriebszustandes
Thermische
Überwachung
(Generator, Lager,
Vereisung)
Akustische Überwachung
der Lager und
Generatoren (Verschleiß)
Akustische
Kollisions- und
Mitschleppdetektion
Steuerungsfunktionen
Kommunikation mit
der Außenwelt,
Alarmierung
Überwachung der
Gesamtanlage,
z. B. Flottille
Kommunikation mit der
Generatorsteuereinheit und der
Rückspeiseeinheit
Prozessdatenerfassung
Betriebs- und Lastmanagement
Einbindung in
Smart Grids und
Virtuelle Kraftwerke
Fernwirkeingriffe der
Energieversorgungsunternehmen (EVU)
Abschaltung/Leistungsreduzierung bei
Netzspitzen
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Prognosen für
Ertrag und Wartung
(saisonbedingt)
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Lösungsbeispiel: Akustische Kollisions- und Mitschleppdetektion
Ethernet-Anschluss
Hutschienenmontage
IEC 61131-3 Baustein
Temperaturüberwachung
Auswertung akustischer
Signale
digitale und analoge Ein/Ausgänge
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Lösungsbeispiel: Einbindung in Virtuelle Kraftwerke und Smart Grids
Dezentrale Funktionen des Netzmanagements: Intelligente Energieerzeugungsanlagen (DEA) mit eigenen
Überwachungs- und Schutzfunktionen.
Intelligente, dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DEA) übernehmen
in den Verteilnetzen (Teil-)-Aufgaben
der zentralen Betriebsführung.
Zielstellung
Zusammenschluss verschiedenster DEA zu virtuellen Kraftwerken als
Bausteine im Smart Grid
Voraussetzungen
Elektrische und informationstechnische Schnittstellen
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Zusammenfassung
Einsatzgebiete der Konzepte und Komponenten
Verschiedenste informationstechnische Sichten auf die dezentralen
Einzelanlagen (Hersteller, Betreiber, EVU) und die Gesamtsysteme.
Vielzahl von Anbietern für Virtuelle Kraftwerke
Aufbau eines Portals zur Überwachung und Administration der verschiedenen Anlagentypen und –standorte
Status der Projektbearbeitung : im Zeit- und Kostenplan
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